Dentro de nuestras mentes se crean torbellinos infinitos de pensamientos que debemos ordenar. Andamos sumergidos en la espesa niebla de nuestra ignorancia y no siempre, sabemos “ver” con la claridad suficiente y necesaria cómo es el mundo. En escritos míos anteriores, me he referido a la teoría expuesta de manera magistral por el reconocido físico teórico Kip S. Thorne. Él cree firmemente que en el futuro será posible viajar al pasado a través de un agujero de gusano. Para que las bocas de entrada aquí, y la de salida “allí” -pongamos por ejemplo, que el allí está en Andrómeda- se mantengan abiertas, es necesario que dispongamos de energía exótica como la que se produce en las placas del Efecto Casimir.

Pasemos a otras cuestiones. En  enero de 2.007, comenzó y se celebró en la India el 20 International Joint Conference ofArtificial Intelligence, un encuentro en el que se pusieron al día todos los avances en inteligencia artificial, y donde fue celebrado el 50 cumpleaños de su creación.

El incremento de los resultados en este campo (mucho hemos hablado aquí de ello), ha sido asombroso. Internet es una buena prueba de ello en la búsqueda de información por contenido, comercio electrónico, sistemas de recomendación, web semántica, etc. el futuro de Internet, de la industria y del comercio, de las ciudades futuras, de los viajes espaciales, de la medicina, etc., etc., etc., dependerán de los progresos que se realicen en el ámbito de la inteligencia artificial y en la nanotecnología; ahí parecen estar el progreso del futuro.

Hemos llegado a fabricar “clones” artificiales que cuesta identificar de los originales y… ¡Esto no ha hecho más que empezar! ¿Dónde acabará todo?

La inteligencia artificial, entre otras cosas, podrá llevar y facilitar información a países subdesarrollados que, de esta manera, podrá ofrecer educación a sus habitantes, mejorará la salud de la población, su agricultura, etc. la calidad de vida, en definitiva.

Ya se están desarrollando en Japón los ordenadores inteligentes (los llamados de quinta generación), y el entusiasmo de empresas informáticas japonesas y estadounidenses por la inteligencia artificial aconsejó a Europa no quedarse atrás y acometer sus propios proyectos mediante programas de investigación en estas nuevas tecnologías del futuro.

El término de inteligencia artificial, si no me falla la memoria, se acuñó en la reunión de Dartmouth en 1.956, que fue un evento único e histórico. Único porque no se volvió a celebrar, es decir, no fue el primero de una serie como ocurre con los congresos internacionales de lo que,  se llevan celebrandos 20; y fue histórico por el hecho de que allí se acuñó el término que ha prevalecido de inteligencia artificial.

En DartMouth se presentó un único resultado: un programa llamado Logic Theorist, capaz de demostrar teoremas de lógica proporcional contenidos (según leí) en la famosa obra “Principia Matematica” de Bertrand Russell y Alfred Whitehead (la obra más famosa de Newton lleva el mismo título). El programa lo desarrollaron Herbert Simón (que en 1.978 recibió el premio Nobel de Economía), Alan Newell y Clifford Shaw. Sin embargo, en éste de enero en la India, se presentaron 470 resultados seleccionados entre los casi 1.400 que recibieron.

  Estatua de Alan Turing y su retrato de fondo

Desde aquella reunión del 56, los hitos alcanzados en el campo de la IA han sido extraordinarios: desde jugar al ajedrez hasta diagnosticar enfermedades, comprender textos sobre temas concretos que implican conocimientos especializados… No obstante, el objetivo de desarrollar las inteligencias artificiales generales que los pioneros de esta ciencia, reunidos en 1.956, propusieron para ser alcanzados, quedan aún muy lejanos. Pero, todo llegará; todo es cuestión de ¡tiempo!

Esta ciencia le debe mucho a las matemáticas. Alan Turing es un ejemplo. Fue un gran matemático que formalizó conceptos tan básicos para la informática como el concepto de algoritmo y el concepto de  calculabilidad mediante la denominada Máquina de Turing, lo que nos lleva a considerar a Turing como a uno de los “padres” de la informática y, más concretamente, de la informática teórica. En 1.950 publicó un ensayo, “Computing Machinery and Intelligence”, donde describió su famoso Test de Turing, según el cual se podría determinar si una máquina es o no inteligente. La IA le debe pues el test que lleva su nombre, pero la informática le debe más.

Estamos tratando de crear cerebros positrónicos en los que se desarrollen los pensamientos propios y… ¡hasta los sentimientos! ¿No estaremos queriendo ir demasiado lejos? Está claro que la IA se aliará y formará equipo con la biología y la nanotecnología, y de esta unión surgirán avances que ahora ni podemos imaginar en nuestra actual comprensión (limitada) de la inteligencia artificial.

Como siempre me ocurre, cuando me pongo a escribir mis pensamientos vuelan, parece que estoy estableciendo una conversación conmigo mismo y traslado lo que se ella surge a la pantalla del ordenador, donde quedan plasmados todos los pensamientos presentes en mi cerebro en ese momento. En esas líneas de letras quiero expresar lo que recuerdo, lo que he leído, lo que he estudiado del tema que en ese momento ocupa mi atención, y así ocurre que, no siendo infalible, los errores pueden ser muchos y algunas explicaciones o comentarios poco documentados (consulto muy poco escribiendo y me dejo llevar), por lo que pido disculpas. Sin embargo, mis lectores -que son buenos amigos-, ganan en frescura y espontaneidad; el texto es más natural y en él están ausentes las artificialidades. Creo que salen ganando.

Lo que quería decir antes -como otras veces me he ido por las ramas-, es que puedo comenzar hablando de una cuestión y terminar hablando de otra muy distinta. Me vienen a la mente temas diversos, y de manera natural, sigo mis pensamientos y así lo reflejo en la blanca pantalla.

¿No resulta más ameno? De todas formas, siempre trato de finalizar los temas. Básicamente soy un insaciable buscador de la razón de ser de las cosas; todo me parece interesante. Mi curiosidad es ilimitada y mi vehemencia y pasión me llevan, a veces, a olvidarme de comer o (más grave aún), de recoger a mi mujer, que en un pueblo cercano espera mi llegada como habíamos quedado. Son cosas corrientes de mi manera de ser, que cuando emprendo una tarea, una lectura, o un proyecto, lo quiero tener terminado antes de… ¡haberlo comenzado!

Leo cualquier titular en un periódico: “Instalan un observatorio bajo el hielo para estudiar los confines del cosmos. Cuando esté en marcha, los científicos esperan que detecte 1.000 colisiones diarias de neutrinos, partículas minúsculas que nos traen información del universo.” No puedo, a partir de ahí, evitar el comprar el periódico o la revista para leer todo el reportaje completo, aunque sé que no dirán nada que ya no sepa sobre los neutrinos y la manera de cazarlos en las profundidades de la Tierra, en profundas minas abandonadas en las que colocan tanques de agua pesada que, conectados a potentes ordenadores, detectan la presencia de estas diminutas partículas -al parecer- carentes de masa que pertenecen a la familia de los leptones.

Cada segundo que pasa, billones de estas minúsculas partículas invisibles llamadas neutrinos, atraviesan nuestros cuerpos, en muchos casos, después de haber recorrido de un confín a otro todo el universo. Sin que nos demos cuenta estamos conectados con el otro extremo del Cosmos por medio de las conexiones invisibles que su Naturaleza impone. De hecho, somos parte de ese inmenso Universo que tratamos de conocer.

Los neutrinos, al contrario que los fotones, viajan sin cesar de un lado a otro del universo sin que ningún campo magnético los desvíe de su camino, y sin ser destruidos tras colisionar con otras partículas, ya que apenas poseen carga eléctrica ni interaccionan con la materia. Por ello, estudiar de cerca un neutrino permitiría descubrir su procedencia y aportaría a los científicos una valiosa información sobre los rincones del universo de los que provienen.

El problema que se plantea es que agarrar un neutrino no es tarea nada fácil, y aunque se cree que el neutrino puede ser el mensajero cósmico ideal, primero habrá que retenerlo para poder hacer la comprobación. Esta partícula fue anunciada o prevista su existencia por Wolfgan Pauli, y su nombre, neutrino (pequeño neutro en italiano), se lo puso el físico Enrico Fermi. Pauli quiso quiso así, con la existencia del neutrino, explicar dónde estaba la masa perdida en la fusión nuclear de la materia, en los fenómenos producidos por la radiación inducida por la fuerza nuclear débil. El neutrino era la explicación: La masa “perdida” se eyectaba al espacio en forma de energía representada por los neutrinos.

Aunque parezca no venir a cuento, me viene a la mente que el fin de la Edad de Hielo, hace 300 millones de años fue precedido por bruscos cambios en el nivel de dióxido de carbono (CO₂), alteraciones violentas del clima y efectos drásticos sobre la vegetación del planeta. Pero, ¡¿qué estamos haciendo ahora?! La irresponsabilidad de algunos seres humanos es ilimitada.

Hace 300 millones de años, el hemisferio sur del planeta estaba casi totalmente cubierto por el hielo; los océanos del norte eran una sola masa gélida y los trópicos estaban dominados por espesas selvas, pero 40 millones de años después, el hielo había desaparecido; el mundo era un lugar ardiente y árido. La vegetación era escasa y los vientos secos soplaban sobre una superficie donde casi no había vegetación. Sólo un reptil podría sobrevivir en aquellas condiciones.

Ahora parece que estamos decididos a repetirlo. ¿Qué hará Gaia para defenderse? Creo que hará lo que estime necesario para preservar su integridad, y si para ello es preciso eliminar a los molestos “bichitos” que causaron el mal, no creo que dude en hacerlo, ya que los acogió, les ofreció todos los recursos necesarios para la supervivencia, y el pago no fue, precisamente, el más adecuado. Lo peor de todo esto es que el comportamiento, el egoísmo de unos pocos lo pagaremos todos. Es como cuando un niño molesta en el colegio y el maestro castiga a toda la clase.

Franz Liszt dijo una vez la hermosa frase siguiente:

“Nuestras vidas son preludios; preludios de una desconocida canción cuya primera nota es la muerte.”

 

Liszt encabezó su referencia a un poema de Lamartine, en uno de sus más conocidos poemas sinfónicos, con esta memorable definición. Y se hizo la pregunta ¿Será verdad que la muerte es el comienzo?

Bueno, es mejor ser respetuoso con ciertos pensamientos. Hay ciertos temas sobre los que la ciencia no tiene potestades ni puede legislar. Yo, en este sentido, me parapeto tras mi ignorancia para no pronunciarme sobre lo que desconozco, y sobre temas que la ciencia no está en condiciones de explicar. Claro que, no por ello y para mi intimidad, no dejo de tener mi propio criterio sobre lo que vendrá luego de ese último momento por el que tenemos que pasar todos.

Llegados a este punto, recuerdo las palabras de mi hija María, pianista y clavecinista, que tiene una personal y artística interpretación de las cosas a través de argumentos musicales. Para ella, la música es algo más que un arte; es el todo, una manera de interpretar la vida y de ver las cosas. La música es para ella su esencia, su materia revelada y el camino elegido para vivir en un mundo aparte, de colores, lleno de notas musicales que forman melodías de una belleza infinita. Cuando habla de su música, se transporta y vive dentro de una suerte poética que la eleva a un plano superior y filosófico, casi místico o religioso, que la revitaliza, le da una fuerza especial y, sobre todo, le hace feliz al estar haciendo aquello que más le gusta. El que puede conseguir eso, es un elegido -yo no pude elegir-. Claro que, a veces pienso: ¿No será que María se sumerge en su música para no ver la fealdad del mundo?

Emilio Silvera Vázquez

  ¿Será el Universo como creemos que es?

Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron.  Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”.  Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa.  Una voz potente y ¿segura? nos dice: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen entre dicho que el concepto de masa sea un atributo fundamental de la materia.  Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “re-normalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben encontrar la respuesta al problema planteado.

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas.  Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en laque los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espin de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espin cero.  El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad.  Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” [sin dirección] por esa razón.

La interacción débil, recordareis, fue inventada por E. Fermi para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV.  Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosón Higgs origen de la masa… y algunas cosas más.

     Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS, hablando con Peter Higgs y le dice:

“En nuestros datos observamos claros signos de una nueva partícula compatible con la teoría de Higgs, con un nivel aproximado de 5 sigma [99,977% de eficiencia], en la región de masa alrededor de los 126 GeV. El increíble rendimiento del LHC y el ATLAS y los enormes esfuerzos de mucha gente nos han traído a este excitante punto, pero hace falta un poco más de tiempo para preparar estos resultados cara a su publicación.”

El Modelo Estándar describe las partículas de todo cuanto nos rodea, incluso de nosotros mismos. Toda la materia que podemos observar, sin embargo, no parece significar más que el 4% del total. Higgs podría ser el puente para comprender el 96% del universo que permanece oculto.

El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento de un nuevo bosón. Punto. En diciembre de 2012 se empezó a hablar de “un” Higgs (en lugar de “el” Higgs), pero oficialmente seguía siendo un nuevo bosón. ¿Importa el nombre? El Premio Nobel de Física para el bosón de Higgs sólo será concedido cuando el CERN afirme con claridad y rotundidad que se ha descubierto “el” Higgs, si el CERN es conservador, la Academia Sueca lo es aún más. Sin embargo, el rumor es que quizás baste con que el CERN diga que se ha descubierto “un” Higgs.

¿Por qué, a pesar de todas las noticias surgidas desde el CERN, creo que no ha llegado el momento de celebrarlo? ¿Es acaso el Higgs lo encontrado?

Hay que responder montones de preguntas.  ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o solo las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal y como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10’⁵ grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas.  Así por ejemplo, antes de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electro-débil unificada.

El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe. Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W⁺, W^–, Z⁰, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

Para cada suceso, la línea del haz es el eje común de los cilindros de malla de alambre ECAL y HCAL. ¿Cuál es el mejor candidato W? el mejor candidato Z? En cada evento, ¿dónde ocurrió la colisión y el decaimiento de las partículas producidas? Lo cierto es que, en LHC se hacen toda clase de pruebas para saber del mundo de las partículas, de dónde vienen y hacia dónde se dirigen y, el Bosón de Higgs, es una asignatura pendiente a pesar de las noticias y de los premios

De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en este caso, a la partícula de Higgs que viene a ser una de las soluciones que le falta al Modelo Estándar para que todo encaje con la teoría.

¡Ya veremos en que termina todo esto! Dicen que descubrieron el famoso Bosón pero… Y, aunque el que suena siempre es Higgs, lo cierto es que los autores de la teoría del “Bosón de Higgs”, son tres a los que se ha concedido, junto al CERN, el Premio Principe de Asturias. Peter Ware Higgs —el primero en predecir la existencia del bosón— junto a los físicos François Englert, y el belga Robert Brout—fallecido en el año 2011— y que no ha podido disfrutar del Nóbel.

Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas.  La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y V. Salam, que trabajaban por separado, para comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W⁺, W^– y Z⁰de masa grande.  Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft.  También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta.  Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?

La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos.  Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todo, exponer su teoría relativista.

Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia.  Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales.  La objeción principal: que no teníamos la menor prueba experimental que ahora parece que va asomando la cabeza en el LHC.

Esperemos que la partícula encontrada, el bosón hallado, sea en realidad el Higgs dador de masa a las demás partículas pero… ¡Cabe la posibilidad de que sólo sea el hermano menor! de la familia. El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menos de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

Después de todo esto, tal como lo están planteando los del CERN,  se puede llegar a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo se hizo el Universo dependen de que se encuentre el Bosón de Higgs.  Y ahora, por fin, el mayor Acelerador del mundo, el LHC, nos dice que el Bosón ha sido encontrado y las pruebas tienen una fiabilidad enorme.

¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites! Pero el camino no ha sido recorrido por completo y quedan algunos tramos que tendremos que andar para poder, al fín, dar una explicación más completa, menos oscura y neblinosa que lo que hasta el momento tenemos, toda vez que, del Bosón de Higgs y de su presencia veráz, dependen algunos detalles de cierta importancia para que sean confirmados nuestros conceptos de lo que es la masa y, de paso, la materia.

¿Pasará igual con las cuerdas?

Emilio Silvera Vázquez

Agradecido le quedo a León Lederman que con sus ideas ha nutrido el presente trabajo.

  Estructuras fundamentales del Universo

La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos. Planck escribió un artículo de ocho páginas y el resultado fue que cambió el mundo de la física y aquella páginas fueron la semilla de la futura ¡mecánica cuántica! que, algunos años más tardes, desarrollarían físicos como Einstein (Efecto fotoeléctrico), Heisenberg (Principio de Incertidumbre), Feynman, Bhor, Schrödinger, Dirac…

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado: E = hv

Donde E es la energía del paquete, v es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

 La expresión radiación se refiere a la emisión continua de energía de la superficie de todos los cuerpos. Los portadores de esta energía son las ondas electromagnéticas  producidas por las vibraciones de las partículas cargadas  que forman parte de los átomos y moléculas de la materia. La radiación electromagnética que se produce a causa del movimiento térmico de los átomos y moléculas de la sustancia se denomina radiación térmica o de temperatura.

 Ley de Planck para cuerpos a diferentes temperaturas.

Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía.

Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico o una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible.

         Acero al  “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

E = hv

Donde E es la energía del paquete, v es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos del paquete de energía de Planck.

El príncipe francés Louis Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta dirección del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

Es curioso el comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Edwin Schrödinger descubrió como escribir la teoría ondulatoria de De Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar los cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de onda cuántica”.

No hay duda de que la Mecánica Cuántica funciona maravillosamente bien. Sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿Qué significan realmente esas ecuaciones?, ¿Qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá por el año 1687, formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo lo que significaban sus ecuaciones: que los planetas están siempre en una posición bien definida en el espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades con el tiempo.

Pero para los electrones todo esto es muy diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en la bruma. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?

Niels Bohr consiguió responder a esta pregunta de forma tal que con su explicación se pudo seguir trabajando y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la “interpretación de Copenhague” de la Mecánica Cuántica. En vez de decir que el electrón se encuentra en el punto x o en el punto y, nosotros hablamos del estado del electrón. Ahora no tenemos el estado “x” o el estado “y”, sino estados “parcialmente x” o “parcialmente y. Un único electrónpuede encontrarse, por lo tanto, en varios lugares simultáneamente. Precisamente lo que nos dice la Mecánica Cuántica es como cambia el estado del electrón según transcurre el tiempo.

Un “detector” es un aparato con el cual se puede determinar si una partícula está o no presente en algún lugar pero, si una partícula se encuentra con el detector su estado se verá perturbado, de manera que sólo podemos utilizarlo si no queremos estudiar la evolución posterior del estado de la partícula. Si conocemos cuál es el estado, podemos calcular la probabilidad de que el detector registre la partícula en el punto x.

Las leyes de la Mecánica Cuántica se han formulado con mucha precisión. Sabemos exactamente como calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas simultáneamente. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha exactitud, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o, a la inversa. Si una partícula tiene “espín” (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.

No es fácil explicar con sencillez de dónde viene esta incertidumbre, pero hay ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar.

         ¿Onda o partícula? ¡Ambas a la vez! ¿Cómo es eso?

Para que las reglas de la Mecánica Cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuanto más grande y más pesado es un objeto más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica.

Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por “holismo”, y que se podría definir como “el todo es más que la suma de las partes”.

Bien, si la Física nos ha enseñado algo, es justamente lo contrario: un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (las partículas): basta que uno sepa sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que yo entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes.

Por ejemplo, la constante de Planck, h = 6,626075…x 10 exp. -34 julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.

Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros tales como Edwin Schrödinger, siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación.

Quizá funcione bien, pero ¿Dónde está exactamente el electrón, en el punto x o en el punto y? Em pocas palabras, ¿dónde está en realidad?, ¿Cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.

Hasta hoy, muchos investigadores coinciden con la actitud pragmática de Bohr. Los libros de historia dicen que Bohr demostró que Einstein estaba equivocado. Pero no son pocos,  incluyéndome a mí, los que sospechamos que a largo plazo el punto de vista de Einstein volverá: que falta algo en la interpretación de Copenhague. Las objeciones originales de Einstein pueden superarse, pero aún surgen problemas cuando uno trata de formular la mecánica cuántica para todo el Universo (donde las medidas no se pueden repetir) y cuando se trata de reconciliar las leyes de la mecánica cuántica con las de la Gravitación… ¡Infinitos!

La mecánica cuántica y sus secretos han dado lugar a grandes controversias, y la cantidad de disparates que ha sugerido es tan grande que los físicos serios ni siquiera sabrían por donde empezar a refutarlos. Algunos dicen que “la vida sobre la Tierra comenzó con un salto cuántico”, que el “libre albedrío” y la “conciencia” se deben a la mecánica cuántica: incluso fenómenos paranormales han sido descritos como efectos mecano-cuánticos.

Yo sospecho que todo esto es un intento de atribuir fenómenos “ininteligibles” a causas también “ininteligibles” (como la mecánica cuántica) dónde el resultado de cualquier cálculo es siempre una probabilidad, nunca una certeza.

Claro que, ahí están esas teorías más avanzadas y modernas que vienen abriendo los nuevos caminos de la Física y que, a mi no me cabe la menor duda, más tarde o más temprano, podrá explicar con claridad esas zonas de oscuridad que ahora tienen algunas teorías y que Einstein señalaba con acierto.

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? ¿Por qué están ahí? ¿Quiere eso decir que la Teoría de Einstein y la Mecánica Cuántica podrán al fin unirse en pacifico matrimonio sin que aparezcan los dichosos infinitos?

Bueno, eso será el origen de otro comentario que también, cualquier día de estos, dejaré aquí para todos ustedes.

Emilio Silvera Vázquez

          Nebulosa de Orión, M42 que está creando nuevos sistemas planetarios

“Al principio todo era opacidad, las estrellas no llegaron al universo hasta después de pasados 200 millones de años desde el Big Bang, y, hasta que no se liberaron los fotones, no se hizo la luz, un Universo transparente.”

No se por qué, me viene a la mente, un detalle asombroso presente en la Naturaleza (son muchos y no todos los podemos explicar), y, haciendo un inciso en el trabajo dejo una brece reseña.

 

¿Qué fuerza en el Universo hace que un caracol, una ola o una galaxia sigan la forma de espiral de Fibonacci?

 

Se cree que al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.  Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y y las  galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

Las estrellas evolucionan desde que en su núcleo se comienza a fusionar Hidrógeno en Helio, de los elementos más ligeros a los más pesados.  Avanza creando en el horno termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados. Cuando llega al hierro y explosiona en la forma explosiva de  una supernova. Luego, cuando este material estelar es otra vez recogido en una nueva estrella rica en hidrógeno, al ser de segunda generación (como nuestro Sol), comienza de nuevo el proceso de fusión llevando consigo materiales complejos de aquella supernova.

Una región H II es una nube de gas y plasma brillante que puede alcanzar un tamaño de varios cientos de años-luz y en la cual se forman estrellas masivas. Dichas estrellas emiten copiosas cantidades de ultravioleta extremo (con longitudes de onda inferiores a 912 Ångströms) que ionizan la nebulosa a su alrededor.

Puesto que el peso promedio de los protones en los productos de fisión, como el cesio y el kriptón, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante  E = mc². Esta es la fuente de energía que subyace en las explosiones  atómica.

Así pues, la curva de energía de enlace no sólo explica el nacimiento y muerte de las estrellas y la creación de elementos complejos que también hicieron posible que nosotros estemos ahora aquí y, muy posiblemente, será también el factor determinante para que, lejos de aquí, en otros sistemas solares a muchos años luz de distancia, puedan florecer otras especies inteligentes que, al igual que la especie humana, se pregunten por su origen y estudien los fenómenos de las fuerzas fundamentales del universo, los componentes de la materia y, como nosotros, se interesen por el destino que nos espera en el futuro.

Cuando alguien oye por vez primera la historia de la vida de las estrellas, generalmente, no dice nada, pero su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo puede vivir una estrella 10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución.

Sin embargo, tenemos los medios técnicos y científicos para saber la edad que tiene, por ejemplo, el Sol.

Sí, hemos podido llegar a conocer lo que ocurre en el Sol, y sabemos de sus procesos y de qué está compuesto. También sabemos el motivo por el que no se deja contraer bajo el peso de la fuerza de Gravedad que genera su propio peso y en qué se convertirá cuando llegue el final de su vida.

Nuestro Sol, la estrella alrededor de la que giran todos los planetas de nuestro Sistema Solar (hay que eliminar a Plutón de la lista, ya que en el último Congreso Internacional han decidido, después de más de 20 años, que no tiene categoría para ser un planeta), la estrella más cercana a la Tierra (150 millones de Km = UA), con un diámetro de 1.392.530 Km, tiene una edad de 4.500 millones de años.

Es tal su densidad, es tal su enormidad que, como se explicó en otro pasaje anterior de este mismo trabajo, cada segundo transforma por medio de fusión nuclear, 4.654.000 toneladas de hidrógeno en 4.650.000 toneladas de helio; las 4.000 toneladas restantes son lanzadas al espacio exterior en forma de luz y calor, de la que una parte nos llega a la Tierra y hace posible la vida. Se calcula que al Sol le queda material de fusión para otros 4.500 millones de años. Cuando transcurra dicho periodo de tiempo, se convertirá en una gigante roja, explotará como nova y se transformará finalmente en una estrella enana blanca. Para entonces, ya no podremos estar aquí.

Cuando mentalmente me sumerjo en las profundidades inmensas del universo que nos acoge, al ser consciente de su enormidad, veo con claridad meridiana lo insignificante que somos, en realidad, en relación al universo, Como una colonia de bacterias que habitan en una manzana, allí tienen su mundo, lo más importante para ellas, y no se paran a pensar que puede llegar un niño que, de un simple puntapié, las envíe al infierno.

                          Vista de la Tierra y el Sol

Igualmente, nosotros nos creemos importantes dentro de nuestro cerrado y limitado mundo en el que, de momento, estamos confinados. Podemos decir que hemos dado los primeros pasos para dar el salto hacia otros mundos, pero aún nos queda un largo recorrido por delante pero… ¡Todo se andará!

Tendremos que dominar la energía del Sol, ser capaces de fabricar naves espaciales que sean impenetrables a las partículas que a cientos de miles de trillones circulan por el espacio a la velocidad de la luz, poder inventar una manera de imitar la gravedad terrestre dentro de las naves para poder hacer la vida diaria y cotidiana sin estar flotando todo el tiempo y, desde luego, buscar un combustible que procure altas  velocidades que, si no relativistas ni cercanas a c, si que hagan los viajes a los mundos cercanos de una duración aceptable y soportable a los viajeros, ya que, de otra manera, el traslado por la periferia de nuestro propio Sistema solar se haría interminable. Finalmente, y para escapar del sistema solar, habría que buscar la manera de burlar  la barrera de la velocidad de la luz.

El Hiperespacio podría ser el camino para burlar la velocidad de la luz. Es decir, ya que el Universo, en su espacio tradicional, nos impide viajar más rápido que la luz, busquemos ese otro camino situado en dimensiones extra que, ¡sí lo permitiría! De manera tal que podríamos viajar a otras galaxias en tiempos soportables para nuestras efímeras vidas. Si algún día en el futuro podemos abrir esas puertas que permitan a modernas naves alcanzar las estrellas en un tiempo razonable.

Si pudiéramos encontrar el camino hacia dimensiones más altas… ¿Cuántas respuestas encontraríamos allí? Lo cierto es (como ha comentado Ed Witten), que la teoría de cuerdas se adelantó a su tiempo, y, para verificarla, se necesitaría la energía de Planck, es decir 10¹⁹  GeV, que ni reuniendo todas las energías en poder de todos los gobiernos del mundo se podría alcanzar.

A veces jugamos a ser dioses pensando que podemos recrear la creación.

 

Emilio Silvera Vázquez